咔嚓咔嚓……轟隆隆……啪!一個大大的閃光從黑沉沉的空中滑過,照亮了整個夜空。緊接著,轟!超分貝的大聲響隨之襲來……房屋都跟著微微顫動!
別怕別怕,這是閃電和雷聲。
閃電和雷聲是怎么形成的?帶著金屬框架眼鏡在戶外更容易被閃電擊中嗎?閃電有多強大?怎樣更好地避雷呢?一起去了解一下吧!
科學史上著名的“雷人”“雷事”
天上的閃電和我們家里的普通用電一樣嗎?為證明這點,科學家付出了很多努力,特別要感謝的就是一個叫富蘭克林的科學家。
事情要從1752年說起……
“哈哈哈,富蘭克林這個家伙真是太荒謬了,他居然認為天上的閃電和普通的電是同樣的東西,真是個大笑話!”
“是啊!他提出這個想法,卻沒有提出證據來,怎么能令人信服呢?”
這就是發(fā)生在1752年的事情。當時富蘭克林發(fā)表論文,提出正電和負電的理論,并且認為天上的閃電和日常生活中所用的電是相同的。這些論點招來許多科學家的嘲笑。但是富蘭克林并不在意,他決定要以實驗來證明他的理論。
1752年7月的一天下午,空中烏云密布,雷聲隆隆,然后就下起了傾盆大雨。富蘭克林和兒子威廉,拿起風箏和萊頓瓶,匆忙跑向牧場,放起風箏來。
富蘭克林在風箏下面連上一根細鐵線,同時在風箏線的末端系上一串鑰匙。
“哎呦!好麻呀!電來了!”
在大風雨中,富蘭克林伸手去碰觸風箏線上的鑰匙時,鑰匙冒出了一道閃光,富蘭克林的手又痛又麻。
“威廉,把萊頓瓶拿來,收集云里的閃電。”
這實在是一個非常危險的實驗,如果閃電擊中風箏,富蘭克林就會有生命危險。幸好他們終于平安地完成實驗,并且將萊頓瓶帶回家,接到電鈴上。
“鈴……”電鈴馬上響起來了。
富蘭克林不禁高興地跳起來:“啊!終于成功了!從云端引來的電可以使電鈴響個不停,表示云中的閃電和普通的電其實是同樣的東西?!?br/>
云中電荷對對碰——閃電的形成
說到閃電,一定要先說積雨云。積雨云是被上升氣流不斷抬高而形成的云。夏天,有些積雨云頂部能升到20千米的高空。
積雨云中有成千上萬顆小水滴,這些小水滴包含降水粒子(大粒子)和云粒子(小粒子)。這些粒子在外電場的作用下被極化。當氣流激烈上升時,被極化的粒子相互碰撞、摩擦,就會產生靜電。靜電在云層內部慢慢匯聚,形成3層靜電中心:上層為電量較大的正電,中間負電,下層為少量的正電(地面是感應的正電)。這些電荷在云層內部慢慢匯聚成巨大的電荷能量,這就是雷云。雷云和雷云之間,或者雷云和地面之間產生的放電作用,就是閃電了!
空氣嘭脹又收縮——雷聲的來源
我們常見到的閃電,好像是懸掛在空中的一棵蜿蜒曲折、枝權縱橫的大樹。閃電的長度一般都有數百米,有些甚至能達到數千米長。
閃電產生時的瞬間溫度可達到30000℃,比太陽表層的溫度還要高5倍。由于這個熱量,空氣瞬時膨脹,又快速收縮,使空氣產生劇烈振動,形成很大的聲音。這就是雷聲。
閃電不會兩次擊中同一個地方?
科學家估算,全世界每天大約發(fā)生800萬次閃電,每年約有數千人遭受閃電襲擊。防雷避雷也是一門學問。
常言說:“閃電不會兩次擊中同一個地方”,這句話并不準確。在平坦的地形上,閃電發(fā)生頻率都差不多;每座100米高的建筑物平均每年會被擊中一次;每座300米高以上的建筑物,比如廣播塔或者電視塔,每年會被擊中20次左右。
閃電到底有多強?
閃電到底帶有多大的能量呢?由于季節(jié)不同和云層的大小不同,閃電所帶的電量也會有所差異。一個閃電所消耗的電量,一般來說可以讓10萬個60瓦的燈泡瞬間一起點亮。
雷落到地面上的電壓約有1億伏!此時,連接在電源線和電話線上的電器,有的即使沒開電源,也會有感應電流流過開關引起故障。落雷擊中樹木后,如果正好有人在樹下,很容易被從樹干傳遞到枝葉的側擊雷擊中而喪命。
打雷的同時多數伴著大雨,有時還會有狂風、龍卷風、冰雹等災害性天氣出現(xiàn)。雷雨帶來的雨水是重要的水資源,但閃電至今還是帶來巨大災害的一種自然現(xiàn)象。
夏天更容易發(fā)生閃電
在中國,雷暴天氣是南方多于北方,山區(qū)多于平原。而且,雷暴天氣多89326b681da51a476633e91c7d7a6963出現(xiàn)在夏季和秋季,冬季只在中國南方偶有出現(xiàn)。
夏季,強烈的陽光炙烤著地面和海面,地面和海面暖空氣與上空的冷空氣之間產生了不穩(wěn)定能量,當不穩(wěn)定能量聚積到一定強度時,這些不穩(wěn)定能量需要釋放,于是形成了雷云(積雨云)。全球看來,其發(fā)生的區(qū)域主要集中在東南亞、中非、從中美到南美北部的南北緯30度的地區(qū)。
神秘的球狀閃電
球狀閃電俗稱滾地雷,就是一個呈圓球形的閃電球。這是一個真實的物理現(xiàn)象,絕非科幻小說或卡通片里的能量炮。
說它神秘,因為它十分罕見。根據眾多的目擊材料,人們大概勾勒出球狀閃電的基本輪廓:這種發(fā)光的球體大小在高爾夫球和足球之間,顏色有白、綠、黃、橙、紅、紫之分,其亮度可與100瓦燈泡相當。球狀閃電持續(xù)時間一般在5~10秒左右,它會隨氣流的起伏在近地的空中自由飄飛,有時逆風而行,可穿門窗,進室內,甚至穿過爐子煙筒。有時會懸停,有時會無聲消失,有時又會碰到障礙物爆炸發(fā)出巨響而消失。球狀閃電運行速度緩慢,有時與人跑速度差不多,極少情況下它會發(fā)出輕微的唿哨聲、喊喊聲或咝咝聲。
一個共同的特點是,球狀閃電基本上發(fā)生在雷暴天氣中。
出擊!變形閃電!
有些閃電發(fā)生在特殊地形,還有些閃電發(fā)生在特殊的環(huán)境中,如火山噴發(fā)、大火災、核爆炸、沙暴等。特殊環(huán)境帶來的氣流形成了對流云,從而會引發(fā)閃電。
戴眼鏡更容易被雷擊?
雷電喜好擊中地面上電阻較小的地方,地面上的金屬物體更易遭雷擊,因此有些人認為“閃電更容易落到金屬上”。于是,不少人在打雷時,會把身上的金屬徽章、金屬表帶、 金屬鏡框摘下來,似乎這樣才比較不容易被雷打到。這是有一定科學道理的,這是因為金屬體更易導電,并影響鄰近周圍的電場。當然這些細小的金屬物體對雷擊影響比較有限。雷電還喜好擊中地面上相對較高的物體,所以,在平坦的地面上,太過靠近大樹是很危險的。曾經聽說過閃電擊中在樹下躲雨的人,導致死亡的事故。
判斷閃電的位置
在戶外要獲知閃電的位置,方法之一就是聽雷聲。如果是隆隆不絕的雷鳴聲,就可以放心些;如果聲音變得震耳欲聾,從轟隆隆變成撕裂聲,那么落雷的危險就增加了。
雷云離自己越來越近,開始下雨,發(fā)出噼里啪啦、轟隆隆、咔嚓咔嚓的雷聲時,我們可以計算從看到閃電到聽到雷聲的時間(秒數),從而測算出閃電離我們有多遠。
光的速度是30萬千米/秒,而聲音的速度是340米/秒。因此,計算出從看到閃電到聽到雷聲的時間,就能明白閃電距離我們有多遠。假如這個時間是5秒,那么340米/秒X 5秒就等于1-7千米。
果秒數縮短到4秒、3秒,那么說明閃電正在靠近。
另外,從收音機發(fā)出的聲音也能告訴我們閃電的存在。如果頻繁地出現(xiàn)刺啦刺啦的噪音,就說明我們的附近正有閃電發(fā)生。
當看到雷云變大,首先躲進室內?
閃電是非常危險的現(xiàn)象。當你看到頭頂上飄來黑壓壓的烏云,你就要盡快躲到建筑物和車里了。很多時候是先有閃電,然后才下大雨。
因為閃電容易擊中高處,如果你離建筑物很遠,這時,你最好雙腳并攏并蹲下。如果在登山途中,你要以盡可能低的姿勢跑到比周圍環(huán)境物體更低的場所,這點很關鍵。
避雷針,將閃電引過來
閃電的威力非常巨大,如果房屋不安裝防雷設施,遇到落雷的時候,很容易著火或者發(fā)生其他危害。于是,避雷針就出現(xiàn)了。
你知道嗎,避雷針的發(fā)明者也是富蘭克林呢。而且,富蘭克林并沒有將此申請專利,以此賺錢。他說“四海之內皆兄弟,有好的發(fā)明,應該讓世人享用,怎么可以對自己的兄弟收取費用呢?”真是一個偉大的發(fā)明家啊!
避雷針,又名防雷針,是用來保護建筑物等避免雷擊的裝置。難道它能讓閃電一見到就避開、躲著走嗎?其實不是!簡單地說,避雷針實際上更可以用“引雷針”來表示一一即將閃電引到自己小小的針頭上,以避免建筑物被雷擊。
避雷針一般是一個金屬棒,被安裝在高大建筑物的頂端。這個金屬棒用金屬線與埋在地下的一塊金屬板連接起來。由于閃電喜歡比較突出的東西,所以放電時首選高高尖起的金屬棒,這樣就使閃電對避雷針放電,避雷針再把閃電瞬間傳到地下中和,從而不會引發(fā)事